【原创】陶瓷背板:决战2024!


来源:中国粉体网   山川

[导读]  无线充电政策一出,极其适配的陶瓷背板会不会再次走入人们的视野呢?

手机从诞生以来,不管是大哥大时代还是功能机时代,作为消费电子产品其外观一直是不同厂家及消费者非常重视的一个因素。自苹果手机开启大屏幕智能手机的潮流,各大手机厂商及供应商通过不断地努力研究新的外壳材质,并一次次推动行业发展。


采用陶瓷材质背板的小米13 Pro


陶瓷材质的手机背板被大众所熟知是由小米公司Mix系列开始,之后小米又在Mix2系列将铝合金中框与陶瓷结合发挥到了极致,从此,陶瓷材料成为了手机机身背后备受瞩目的新材料。


然而,目前来看,陶瓷背板并没有大范围推广开来,甚至慢慢成为了可有可无的点缀,这到底是怎么回事?


陶瓷背板的风采与落寞


手机背板材料主要为塑料、金属、玻璃和陶瓷,它们主要的性能参数对比如下表。



其中塑料(聚碳酸酯)背板综合性能较好,但其耐磨性、散热性、体感较差,易老化,主要用于中低端手机;金属背板具有抗摔、可塑性强、散热性好等优点,已成为主流手机的标配。但是金属背板对信号屏蔽作用较大,成为制约其发展的关键因素,因此手机背板材质由金属背板转变为玻璃、陶瓷等非电磁屏蔽材质背板将是一种趋势。


由于陶瓷背板的抗弯强度、硬度、耐磨性、散热性等性能优于玻璃背板,尤其最具代表性的氧化锆陶瓷具有温润如玉的质感和丰富多彩的颜色,掺入Y2O3稳定剂的Y-TZP陶瓷通常为白玉色,但通过引入其他一种或多种着色离子可以获得黑色、蓝色、深绿色、粉红色、巧克力色等数十种美丽的颜色,可以满足不同用户需求,从而成为手机厂商实现手机材质差异化的重要选择。


当初陶瓷能火热出圈除了其具有良好的即视效果、温润如玉的触感能给消费者带来全新的用户体验以外,在功能上也给人带来很大的期待。


首先,随着步入5G时代,由于5G通信采用3GHz以上的无线频谱,智能手机的天线结构将比4G更为复杂,信号传输量更大,传输速度更快。目前,手机外壳广泛使用的铝镁合金因其对信号屏蔽作用强,很难充分满足5G信号传输的要求。


支持无线充电的华为P40 Pro+手机正是采用了陶瓷背板


无线充电方面,无线充电技术主要通过磁共振、电场耦合、磁感应和微波天线传输技术实现。由于目前金属机壳对电磁场有屏蔽和吸收作用,会影响无线充电的传输效率,所以无线充电功能不能用在金属后盖手机和智能手表中。但是电磁波可以顺利穿过陶瓷、玻璃、塑料等非金属材料,所以智能手机和手表要实现无线充电功能,就须采用陶瓷和玻璃后盖,塑料虽然也可使用,但易老化,质感差。


由此可见,无论是5G通信还是无线充电,陶瓷材料可以较好地解决信号传输问题。


后来陶瓷手机背板为何没火起来呢?究其原因主要还是一个字,贵!


陶瓷材料并不稀缺,一般陶瓷制品的价格还是较为亲民的。但对于手机这种体积小,制作精密性要求高的产品来说,对于陶瓷材质配件的制作技术要求较高,生产误差甚至要小到微米级别,这就增加了厂商的技术成本。这对陶瓷材质手机的性价比因素来说并非是一个好消息。


微晶锆陶瓷生产流程


此外,陶瓷配件的制作过程离不开高温烧制这一程序,像微晶锆陶瓷在制作的过程中需要经历粉体制备、模压、烧结成型等约16道工序,其中多项工序如热压烧结、抛光等程序生产率低且成本高,如此以来陶瓷材质的成本相对其他材质便高出了很多,一块手机陶瓷后盖的成本便有数百元,如此高昂的成本使得其仅在高端一些的旗舰手机中被应用。


由生产成本较高导致的过高的定价是其中的主要原因,另外,人们对陶瓷的认识及陶瓷材质本身的不足也是一方面原因,陶瓷材料有着较好的质感和耐磨性,但其韧度较低,如果发生弹性变化那么接下来要发生的恐怕是破碎或者断裂了。这一问题对于设计的非常薄的智能手机后盖来说显得尤为严重,任何的磕碰对它来说都是有着致命危险的。而纳米陶瓷材料微晶锆的莫氏硬度可达到8以上,相对普通陶瓷材质,它的韧性也有了极大的提高,抗弯强度高,这使得陶瓷手机在使用的过程中抗摔能力得到了一定的保障。但陶瓷“易碎”的特性终究还是让普通消费者心有顾虑。


此外,陶瓷材质的机身光洁亮丽,特别是白瓷那种温润如玉的清透给人的感觉是美妙的,但光洁的陶瓷表面的耐脏性也成为了设计师头疼的一个问题。如果不佩戴手机保护壳,那么陶瓷表面将会布满泛着油光的指纹等污物,但佩戴保护壳则失去了美学意义。


以上种种原因或许成为了该类手机叫好不叫座的主要原因。


工信部发布无线充电相关政策,利好陶瓷背板


如果你没有使用过无线充电,或许就很难体会到这项技术的便利。


与传统的有线充电不同,无线充电不受线材的束缚,只需要轻轻一放,就能开启手机的电量补给,整个过程就像我们在地铁上刷交通卡,在商场购物时刷信用卡,不必费事掏出钱包,而是用集成NFC的手机来完成。


2021年,国产手机厂商正在紧锣密鼓地筹划高功率无线充电产品,在这项技术上研发最卖力的小米,已经拿出了支持67W无线充电的小米11Pro和小米11Ultra,以及适配的80W无线充电器,支持100W无线充电的MIX4也已蓄势待发。


谁知工信部的一纸新规下来,所有准备飙无线充电功率的厂商都被浇了一盆冷水:已经发布或在售的手机不受影响,但是2022年之后发售的无线充电手机,都不能突破50W的限制。


这次限制,导致的直接后果就是国产厂商不再着重宣传无线充电了,反正大家都是50W,充电速度都差不多,没有了竞争意识也没有内卷,隐隐有了摆烂的趋势,以各家手机品牌+无线充电的关键词在电商平台中搜索,会发现这些产品一般都是两三年前推出的旧款,部分厂商甚至官网都下架了无线充电器,仅在第三方平台有售。


就这样,刚开始热闹起来的无线充电市场转瞬就冷清了起来。


但目前,无线充电行业又有了转机。


近日,工业和信息化部印发了《无线充电(电力传输)设备无线电管理暂行规定》,该规定将于2024年9月1日起正式施行。



其中最重要的是第四条:移动、便携式无线充电设备的工作频率范围为100-148.5kHz、6765-6795kHz、13553-13567kHz频段,且额定传输功率不超过80W,工作频率等相关技术参数应当满足《无线充电(电力传输)设备技术要求》。


这就意味着包括智能手机、移动电源、家用无线充电器、车载无线充电器在内的这些产品,无线充电功率放开到80W,比起之前快了不少。


虽然这个两年前就轻松实现的功率,要到2024年9月之后才能再次用上,或许让大家提不起多少兴趣。不过,这对于国内几家专注于无线充电的半导体企业是一个非常大的利好消息,当标准放宽之后,手机厂商必然会对硬件和充电外设进行迭代升级,届时或许对无线充电的相关需求会再次旺盛。


需要注意的是,随着技术的进步,纳米陶瓷粉料、成型烧结、特别是后续的精密加工的成本都显著下降。


目前,良率低的问题也正得到解决,良率由最初的30%左右现已提升到70%以上。这是因为氧化锆陶瓷外观件从原料到成型烧结和CNC等精密加工技术,通过近几年的不断积累与改进已逐渐成熟和完善。特别是针对手机陶瓷背板和智能手表外观陶瓷件的专用CNC和研磨设备的开发应用,显著提高了加工效率和良率,大幅降低了陶瓷精加工的周期和成本。


那这次,极其适配无线充电的陶瓷背板会不会再次走入人们的视野呢?


参考来源:

[1]谢志鹏等.智能终端陶瓷的发展与应用状况分析

[2]蓝海凤等.精细陶瓷在智能手机上的应用及其制备工艺

[3]于程杨等.陶瓷材料在手机外观配件设计中的应用研究

[4]无线充电,又行了?.半导体行业观察


(中国粉体网编辑整理/山川)

注:图片非商业用途,存在侵权告知删除


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作者:山川

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